04細(xì)菌的遺傳和變異

1、第4節(jié)細(xì)菌的遺傳與變異,遺傳性變異（基因型變異）非遺傳性變異（表型變異）,一、常見(jiàn)的細(xì)菌變異現(xiàn)象,形態(tài)變異：?jiǎn)我恍螒B(tài) 多形態(tài)結(jié)構(gòu)變異：H-O菌落變異：S-R毒力變異：BCG的產(chǎn)生抗原變異：志賀菌屬細(xì)菌耐藥性變異：MRSA酶活性變異：營(yíng)養(yǎng)缺陷型(auxotroph),,形態(tài)結(jié)構(gòu)變異,3-6%食鹽鼠疫耶氏菌 多形態(tài)性    

2、0;    陳舊培基物,,青霉素、溶菌酶正常形態(tài)細(xì)菌 L型變異 抗體或補(bǔ)體 (部分或完全失去胞壁),,特殊結(jié)構(gòu)的變異  42-43℃炭疽桿菌 失去形成芽胞能力, 毒性降低

3、 10-20天          變形桿菌 0.1%石炭酸 遷徙生長(zhǎng)（H） 點(diǎn)狀生長(zhǎng)、單個(gè)菌落（O）,,,菌落變異,在陳舊培養(yǎng)基中長(zhǎng)期培養(yǎng)光滑型菌落 粗糙型菌落 &#

4、160;  S               R原因：失去LPS的特異多糖,,毒力變異,增強(qiáng) β棒狀噬菌體白喉棒狀桿菌 獲得白喉毒素 減弱

5、 膽汁、甘油、馬鈴薯培養(yǎng)基牛分枝桿菌 卡介苗                    13年(230代),,,耐藥性變異,細(xì)菌對(duì)某種抗菌藥物有敏感變

6、成耐藥的變異稱(chēng)為耐藥性變異。金黃色葡萄球菌有些細(xì)菌還同時(shí)耐受多種抗菌藥物，即多重耐藥性，甚至產(chǎn)生藥物依賴(lài)性。 含鏈霉素培基痢疾桿菌 依鏈株            長(zhǎng)期培養(yǎng),,耐藥性變異,變異機(jī)制 （1）產(chǎn)生鈍化酶 （2）滲

7、透障礙 （3）靶位的改變 （4）接合蛋白接合量變化 （5）代謝拮抗物增加 （6）主動(dòng)外排機(jī)制,二、細(xì)菌遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ),基因組：染色體和染色體外遺傳物質(zhì)（DNA）,,,質(zhì)粒 噬菌體 轉(zhuǎn)座因子(Tn),（一）染色體,環(huán)狀雙螺旋DNA,（二）質(zhì)粒（plasmid）,細(xì)菌染色體外的遺傳物質(zhì)，是環(huán)狀閉合的雙鏈DNA。帶有遺傳性息，能自行復(fù)制，隨細(xì)菌分裂轉(zhuǎn)移到子代細(xì)胞，并非細(xì)菌生長(zhǎng)所必需。

8、特征自我復(fù)制能力編碼產(chǎn)物賦予細(xì)菌某些性狀特征可自行丟失與消除轉(zhuǎn)移性相容性和不相容性,幾種重要的質(zhì)粒致育質(zhì)粒（F質(zhì)粒）耐藥質(zhì)粒（R質(zhì)粒）毒力質(zhì)粒（Vi質(zhì)粒）細(xì)菌素質(zhì)粒代謝質(zhì)粒,（三）噬菌體,微生物病毒具有病毒的基本特性分布廣泛，有嚴(yán)格的宿主特異性,1、生物學(xué)性狀,形態(tài)與結(jié)構(gòu)蝌蚪形、微球形和絲形化學(xué)組成蛋白質(zhì)與核酸抗原性抵抗力,噬菌體（復(fù)合對(duì)稱(chēng)）,噬菌體,噬菌體與宿主的相互關(guān)系,毒性噬菌體（virulen

9、t phage）能在宿主菌細(xì)胞內(nèi)復(fù)制增殖，產(chǎn)生許多子代噬菌體，并最終裂解細(xì)菌，稱(chēng)為毒性噬菌體溫和噬菌體（temperate phage）/ 溶原性噬菌體（lysogenic phage）噬菌體基因與宿主菌染色體整合，不產(chǎn)生子代噬菌體，但噬菌體DNA能隨細(xì)菌DNA復(fù)制，并隨細(xì)菌的分裂而傳代,噬菌體的種類(lèi),毒性噬菌體復(fù)制周期,吸附穿入生物合成成熟與釋放,毒性噬菌體裂解細(xì)菌的過(guò)程示意圖,噬菌現(xiàn)象,液體培養(yǎng)基 混濁

10、 澄清固體培養(yǎng)基中，出現(xiàn)噬斑（plaque）一定體積內(nèi)的噬斑形成單位數(shù)目（pfu）,,溫和噬菌體,前噬菌體（prophage）溶原性細(xì)菌（lysogenic bacterium）溶原性（lysogeny）溶原狀態(tài)溶原性周期和溶菌性周期溶原性轉(zhuǎn)換,prophage: 整合在細(xì)菌基因組中的噬菌體基因組,溶原性細(xì)菌,噬菌體的應(yīng)用,細(xì)菌的鑒定與分型分子生物學(xué)研究的重要工具細(xì)菌感染的診斷與治療,細(xì)菌素,某些細(xì)菌產(chǎn)生，只對(duì)親

11、緣關(guān)系的細(xì)菌有抗菌作用產(chǎn)生細(xì)菌素是受質(zhì)粒的控制主要用于對(duì)細(xì)菌分型及流行病學(xué)的調(diào)查,（四）轉(zhuǎn)座因子（Tn）與整合子（In）,是存在于細(xì)菌染色體或質(zhì)粒DNA分子上的一段特異性核苷酸序列片段，它能在DNA分子中移動(dòng)，不斷改變它們?cè)诨蚪M的位置，能從一個(gè)基因組轉(zhuǎn)移到另一個(gè)基因組中。,插入序列（insertion sequence,IS）是最小的轉(zhuǎn)位因子，＜2kb，不攜帶任何已知與插入功能無(wú)關(guān)的基因區(qū)域轉(zhuǎn)座子（transposon,Tn

12、）＞2kb，除攜帶與轉(zhuǎn)位有關(guān)的基因外，還攜帶耐藥性基因、抗金屬基因、毒素基因及其他結(jié)構(gòu)基因?？赡芘c細(xì)菌的多重耐藥性有關(guān)。,,Tn,轉(zhuǎn)座子的特征,轉(zhuǎn)座噬菌體或前噬菌體是一些具有轉(zhuǎn)座功能的溶原性噬菌體，當(dāng)整合到細(xì)菌染色體上，能改變?nèi)茉约?xì)菌的某些生物學(xué)性狀。,三、細(xì)菌基因型變異的機(jī)制,包括基因突變和基因轉(zhuǎn)移與重組基因突變和損傷后修復(fù)的規(guī)律 1、自發(fā)突變和誘導(dǎo) 2、隨機(jī)突變和選擇 3、回復(fù)突變 4、DNA的損傷

13、后修復(fù)基因突變的機(jī)制,堿基置換,堿基移碼,,,轉(zhuǎn)換,顛換,基因轉(zhuǎn)移與重組,基因轉(zhuǎn)移（gene transfer） 外源性的遺傳物質(zhì)由供體菌轉(zhuǎn)入某受體菌細(xì)胞的過(guò)程稱(chēng)為基因轉(zhuǎn)移。重組（ recombination）轉(zhuǎn)移的基因與受體菌DNA整合在一起稱(chēng)為重組，使受體菌獲得供體菌的某些性狀。細(xì)菌的基因轉(zhuǎn)移和重組可通過(guò)轉(zhuǎn)化、接合、轉(zhuǎn)導(dǎo)、溶原性轉(zhuǎn)換和原生質(zhì)體融合等方式進(jìn)行。,轉(zhuǎn)化（transformation）,供體菌裂解游離的DNA片

14、段被受體菌直接攝取，使受體菌獲得新的性狀（受體菌直接攝取供體菌游離的DNA片段）,,,,,,,,,,,,,,,,轉(zhuǎn)化因子（transforming principle ）在轉(zhuǎn)化過(guò)程中，轉(zhuǎn)化的DNA片段稱(chēng)為轉(zhuǎn)化因子 ，分子量小于107，最多不超過(guò)10~20個(gè)基因。感受態(tài)（competence）,,接合（conjugation）,細(xì)菌通過(guò)性菌毛相互連接溝通，將遺傳物質(zhì)（主要是質(zhì)粒DNA）從供體菌轉(zhuǎn)移給受體菌。 接合性質(zhì)粒：能通過(guò)接

15、合方式轉(zhuǎn)移的質(zhì)粒稱(chēng)為接合性質(zhì)粒，F(xiàn)質(zhì)粒、R質(zhì)粒、Col質(zhì)粒和毒力質(zhì)粒等。,F質(zhì)粒的接合,,,,F+,,,F-,,,,,,,,F+,,,F-,,,,,,,,,,,F+,,,F+,,,,,,,,,,,F+,,,F+,,,,,,,,,,,,,,,Donor,,,,,,Recipient,,,,,F+,,,,,,,R質(zhì)粒的接合日本首先分離到抗多種藥物的宋內(nèi)志賀菌多重耐藥株，多重耐藥性很難用基因突變解釋。健康人中大腸埃希菌30%~50%有R質(zhì)

16、粒，而致病性大腸埃希菌90%有R質(zhì)粒。與多重耐藥性有關(guān)。耐藥質(zhì)粒從一個(gè)細(xì)菌轉(zhuǎn)移到另一個(gè)細(xì)菌中。,F+、Hfr、F’三種菌都有性菌毛，都為雄性菌。,R質(zhì)粒耐藥傳遞因子（resistance transfer factor,RTF）與F質(zhì)粒相似，編碼性菌毛的產(chǎn)生和通過(guò)接合轉(zhuǎn)移耐藥（r）決定子,,轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）,以溫和噬菌體為載體，將供體菌的一段DNA轉(zhuǎn)移到受體菌內(nèi)，使受體菌獲得新的性狀。 普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)（genera

17、lized transduction）局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（restricted transduction）,普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)generalized transduction,前噬菌體從溶原菌染色體上脫離，進(jìn)行增殖，在裂解期的后期，噬菌體的DNA已大量復(fù)制，裝配時(shí)可能會(huì)發(fā)生裝配錯(cuò)誤，誤將細(xì)菌的DNA片段裝入噬菌體的頭部，成為一個(gè)轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體。轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體能以正常方式感染另一宿主菌，并將其頭部的染色體注入受體菌內(nèi)。被包裝的DNA可以是供體菌染色體上的任

18、何部分。,供體菌,,結(jié)果完全轉(zhuǎn)導(dǎo)流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo),局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)restricted transduction,或稱(chēng)特異性轉(zhuǎn)導(dǎo)， 所轉(zhuǎn)導(dǎo)的只限于供體菌染色體上特定的基因。溶原期時(shí)，噬菌體DNA整合在細(xì)菌染色體特定部位，噬菌體DNA發(fā)生偏差分離，將自身的一段DNA留在細(xì)菌染色體上，而帶走了細(xì)菌DNA上兩側(cè)的基因。當(dāng)其轉(zhuǎn)導(dǎo)并整合到受體菌中，使受體菌獲得供體菌的某些遺傳性狀。所轉(zhuǎn)導(dǎo)的只限于供體菌上個(gè)別的基因。,噬菌體轉(zhuǎn)導(dǎo),普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)與局限性轉(zhuǎn)

19、導(dǎo)的區(qū)別,,,,,溶原性轉(zhuǎn)換（ lysogenic conversion）,當(dāng)噬菌體感染細(xì)菌時(shí)，宿主菌染色體中獲得了噬菌體的DNA片段，使其成為溶原狀態(tài)時(shí)而致細(xì)菌獲得新的性狀。 白喉棒狀桿菌、A群鏈球菌、肉毒梭菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌、霍亂弧菌,溶源性轉(zhuǎn)換,毒性噬菌體,,,,細(xì)菌－細(xì)菌： 轉(zhuǎn)化：供－受（直接） 轉(zhuǎn)導(dǎo)：供－受（溫和噬菌體） 接合：供－受（性菌毛） 原生

20、質(zhì)體融合：原－原（PEG）噬菌體－細(xì)菌：溶原性轉(zhuǎn)換：前噬菌體,四、細(xì)菌變異的實(shí)際應(yīng)用,在疾病的診斷、治療與預(yù)防中的應(yīng)用在測(cè)定致癌物質(zhì)中的應(yīng)用在流行病學(xué)中的應(yīng)用在基因工程中的應(yīng)用,在疾病的診斷、治療與預(yù)防中的應(yīng)用,形態(tài)、結(jié)構(gòu)、染色性、生化特性、抗原性及毒力等方面的變異，使得診斷復(fù)雜化耐藥菌株日益增多，預(yù)防耐藥性 藥敏實(shí)驗(yàn) 早期足量 要有一定療程,聯(lián)合用藥 不要濫用減毒菌株和無(wú)毒株可制備成疫苗,在

21、測(cè)定致癌物質(zhì)中的應(yīng)用,凡能誘導(dǎo)細(xì)菌發(fā)生突變的物質(zhì)都有可能是致癌物質(zhì)。 Ames實(shí)驗(yàn)傷寒沙門(mén)菌（his-） （his+）,,在流行病學(xué)中的應(yīng)用,分子生物學(xué)分析方法已被用于流行病學(xué)調(diào)查質(zhì)粒指紋圖（PFP）對(duì)噬菌體的敏感性，對(duì)細(xì)菌素的敏感性,在基因工程中的應(yīng)用,基因工程是根據(jù)遺傳變異中細(xì)菌可因基因轉(zhuǎn)移和重組而獲得新性狀的原理設(shè)計(jì)的 切取目的基因→連接到載體上→轉(zhuǎn)移到工程菌內(nèi)，大量表達(dá)目的基因產(chǎn)物目前已大量生產(chǎn)胰島素、干擾素